鉬尾礦砂在混凝土中的應用研究

白琴琴，徐朝陽，唐榮，周杰

（西安高科新達混凝土有限責任公司，陜西 西安 710000）

0 引言

隨著建設行業的迅速發展，混凝土行業對天然砂的需求也越來越大。天然砂的大量開采破壞了綠色植被，導致水土流失，造成了破壞生態環境的嚴重后果。天然砂資源已接近耗盡，價格逐年升高。鉬尾礦砂在組成、形態、顆粒級配等方面與天然砂存在明顯差異，與河砂相比，鉬尾礦砂表觀密度略大、空隙率較大、堆積密度較低、吸水率略大。鉬尾礦砂外形棱角尖銳，表面粗糙并且凹凸不平，含有石粉，需水量較大，但若鉬尾礦砂與天然砂摻配合理并選用與混合砂適應性好的外加劑，能有效地改善拌合物的工作性能。其價格約比天然砂便宜 20 元/噸，且鉬尾礦砂的放射性核素能滿足建筑材料放射性核素限量的規定，因此在混凝土的生產過程中試探利用廢棄的鉬尾礦砂代替部分河砂，嘗試解決天然砂日益枯竭與建筑行業蓬勃發展的矛盾，在保證混凝土的工作性能和力學性能的前提下使用鉬尾礦砂，變廢為寶，具有良好的經濟和社會效益。

1 研究方法和步驟

1.1 試驗原材料

（1）水泥：堯柏實豐水泥廠生產的 P·O42.5 水泥，主要性能指標見表 1 所示。

表 1 水泥的主要物理性能

（2）超細粉煤灰：陜西正元粉煤灰綜合利用有限公司生產的超細粉煤灰，45μm 方孔篩篩余 0.4%，需水量比 91%，28d 活性指數 85%。

（3）鉬尾礦砂：陜西龍舒源環保科技有限公司生產的鉬尾礦砂，主要性能指標見表 2 所示。鉬尾礦砂放射性核素檢測結果見表 3 所示。

（4）細骨料：用于混凝土基準配合比的細骨料采用黑河采砂廠生產的中砂；用于和鉬尾礦砂摻配混合砂的天然砂采用漢中采砂場生產的粗砂。砂的主要性能指標見表 4。

（5）粗骨料：涇陽采石廠生產的 5～25mm 連續級配碎石，其主要性能見表 5 所示。

（6）外加劑：陜西渤海化工有限公司生產的聚羧酸泵送劑，其主要性能見表 6 所示。

表 2 鉬尾礦砂的主要性能

表 3 鉬尾礦砂的放射性核素檢測結果

表 4 砂的主要性能

表 5 石子的主要性能

表 6 聚羧酸泵送劑的主要性能

1.2 試驗步驟

1.2.1 確定混合砂摻配比例

在天然粗砂中分別摻入10%、20%、30%、40%的鉬尾礦砂，得到不同摻配比例的混合砂，對不同摻配比例的混合砂進行顆粒級配和細度模數試驗，確定出符合GB/T 14684—2011 天然砂 Ⅱ 類 2 區中砂指標，并具有較好經濟效益的混合砂。鉬尾礦砂和天然粗砂的顆粒級配如表 7 所示。

表 7 鉬尾礦砂和天然粗砂的顆粒級配及細度模數

試驗組 1～4 為分別天然粗砂中摻入 10%、20%、30% 和 40% 的鉬尾礦砂形成混合砂。砂的顆粒級配及細度模數見表 8 所示。

表 8 試驗組 1 顆粒級配及細度模數

以上試驗結果表明：試驗組 1 級配不良且細度模數偏大；試驗組 2 級配良好，細度模數最佳但不夠經濟；試驗組 3 級配良好細度模數適中，有較好的經濟效益，試驗組 4 級配不良且細度模數偏小。綜合考慮試驗組 3混合砂中顆粒級配及細度模數符合 GB/T 14684—2011中天然砂Ⅱ類 2 區中砂指標且有較好的經濟效益，因此對試驗組 3 進行主要性能指標試驗，其試驗結果見表 9所示。

表 9 混合砂的主要性能

綜上所述試驗組 3 混合砂的顆粒級配、細度模數、含泥量、泥塊含量以及表觀密度均符合 GB/T 14684 中天然砂Ⅱ類 2 區中砂指標，因此確定試驗組 3 為最佳混合砂。

1.2.2 混合砂在 C30 和 C35 混凝土中的應用

以 C30 和 C35 配合比為基準配合比，基準組是以單一天然中砂作為細骨料，試驗組以混合砂作為細骨料，其他材料與基準材料一致。C30 混凝土基準、試驗組配合比如表 10 所示。

表 10 混凝土基準、試驗組配合比 kg/m3

對基準組和試驗組制備混凝土試塊并標準養護至7d、28d、60d 齡期進行測試，混凝土試驗組抗壓強度與基準組抗壓強度（7d、28d、60d）進行對比，若試驗組抗壓強度與基準組抗壓強度接近且耐久性、坍落度以及和易性符合要求，則利用鉬尾礦砂代替部分天然砂是合理的。

1.3 試驗結果與分析

按照上述配合比拌制混凝土，并進行混凝土試件的制作成型及標準養護，其拌合物的和易性及抗壓強度試驗結果如表 11 所示。

表 11 混凝土性能試驗結果

從表 11 可以看出，在混凝土中摻入鉬尾礦砂和天然砂的混合砂有利于拌合物的和易性，并且可以提高強度。因此用鉬尾礦砂來代替部分天然砂是可行的，但是在摻入混凝土之前一定要通過試驗確定合適的摻配比例。在本試驗中我們確定在天然砂中摻入 30% 的鉬尾礦砂為最佳比例。

2 結論

（1）在粗砂中摻入適當比例的鉬尾礦砂可以將粗砂摻配成符合標準要求的中砂。

（2）在混凝土中摻入 30% 的鉬尾礦砂代替部分天然粗砂有利于混凝土拌合物的和易性和力學性能。

（3）鉬尾礦砂在混凝土中的應用具有一定的經濟效益。